Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Sandwich Shaft: Entwicklung eines Herstellungsprozess für Antriebswellen mit Sandwichaufbau

Hochbelastete Antriebswellen werden in Leichtbauanwendungen derzeit aus Kohlenstofffasern gewickelt Mittels Multifilament-Wickeln ist es möglich mehrere vorimprägnierte Rovings (Tow-Pregs) gleichzeitig auf einem Wickelkern abzulegen, wodurch die Produktivität gegenüber konventionellen Nasswickeln um einen Faktor von bis zu 50 gesteigert wird. Beim vorwiegenden Lastfall der Torsion ist ein relevantes Versagensbild das Stabilitätsversagen (Torsionsbeulen bzw. Biegedrillknicken). Zunächst treten kleine, radialen Verformungen auf, die bei weiterem Anstieg der Belastung in Beulen umschlagen und die gesamte Struktur kollabieren lassen. Dieses Versagen ist kein Werkstoffversagen, sondern geometrisch bedingt. Durch Erhöhung der Wandstärke ist es möglich das Stabilitätsverhalten zu verbessern, doch geht hierbei das Leichtbaupotential verloren. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch Aufbringung von lokalen Versteifungen und somit einer Verringerung der realen Beullänge. Für ebene Bauteile hat sich die Verwendung von Sandwichstrukturen etabliert. Bisherige Theorien legen nahe, dass die Verwendung einer Sandwichstruktur in Wellen Vorteile bietet. Die Auslegung und reproduzierbare Fertigung von Sandwichwellen stellen große Herausforderungen dar. Die Innovation dieses Projekts ist das Herstellungsverfahren von Wellen mit einem Sandwichaufbau. Zur Herstellung dieser Antriebswellen wird zunächst der innere Teil der Welle gewickelt und dann das Sandwichmaterial aufgebracht. Lösungsansätze für dieses Problem sind als Halbzeug gefertigte Halbschalen, drapierbare Wabenkerne, ein schubsteifes Abstandstextil oder wickelbare Fliese. Die Vorteile einer solchen Welle sind das verbesserte Stabilitätsverhalten sowie eine geringere Masse des Bauteils. Im Hinblick auf die dynamischen Eigenschaften und Dauerfestigkeit lässt die Sandwichstruktur eine deutliche Verbesserung erwarten. KMU`s der Zulieferindustrie für Maschinenbau profitieren durch höhere Marktanteile.